一种医用水凝胶及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种医用水凝胶的制备方法，包括以下步骤：提供明胶的酸性水溶液；在所述明胶的酸性水溶液中添加偶联剂进行第一交联反应，得到明胶/偶联剂溶液，其中，所述偶联剂为含有氨基和/或环氧键的硅烷偶联剂；将所述明胶/偶联剂溶液静置于1‑4℃条件下得到明胶/二氧化硅杂化水凝胶；将所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶浸泡于特定盐溶液中1‑2天，在室温条件下干燥2‑3天，得到明胶/二氧化硅增韧水凝胶，其中，所述特定盐溶液为硫酸根、磷酸一氢根、二硫代硫酸根阴离子与铵离子、钠离子形成的盐溶液。

【技术实现步骤摘要】
一种医用水凝胶及其制备方法
本专利技术属于水凝胶
，尤其涉及一种医用水凝胶及其制备方法。
技术介绍
软骨缺损为骨科临床常见病，关节镜检发现约60％关节有软骨缺损。如不及时治疗，60％-75％的病变可进行性发展为骨性关节炎，严重影响患者的运动功能，甚至终结其职业生涯。由于关节软骨没有血管神经支配，其再生能力非常有限。因此，在生物材料及医学领域，软骨缺损修复一直是研究的热点。迄今为止，软骨缺损修复仍未得到有效解决。自体软骨细胞移植术作为治疗关节软骨缺损的金标准，已得到学者的公认，但存在种子细胞来源有限及二次手术等问题，限制了该项技术在临床的广泛应用。组织工程学的发展为修复软骨缺损开辟了新的途径。医用水凝胶，尤其是天然高分子医用水凝胶由于其保水性极高、细胞亲和性强等独特性质，成功应用在软骨组织工程领域。目前临床应用的天然高分子水凝胶如明胶水凝胶、I型胶原水凝胶、透明质酸水凝胶、纤维蛋白水凝胶等，由于受其材质所限，主要存在力学性能不佳的缺陷，严重制约了天然高分子医用水凝胶的进一步发展。为提高天然高分子医用水凝胶的力学性能，研究者大多采用与合成高分子材料复合的方法制备天然高分子/合成高分子复合水凝胶。最近，有研究者利用藻朊酸盐和聚丙烯酰胺研发出一种高弹性和高韧性的水凝胶(SunJY,Nature,2012.489:133-6)、利用带UV固化系统的3D打印机打印出的维增强水凝胶(BakarichSE,AppliedMaterials&Interfaces,2014.6(18):15998-6006)，上述水凝胶均显示较好的力学性能。然而由于合成高分子的存在，使得这类复合水凝胶生物相容性劣于天然高分子水凝胶。同时，由于天然高分子与合成高分子仅在微米级别上进行复合，水凝胶在降解时容易出现两者降解速率不一致而导致力学性能大幅度下降的问题。因此，研制一种新型的力学强韧天然高分子水凝胶解决上述缺陷成为近年来医学和生物材料学领域的一项重要课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种力学性能强韧、生物相容性优、降解性能好的医用水凝胶，旨在解决现有的医用水凝胶力学性能和生物相容性不能兼顾的问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供一种医用水凝胶的制备方法，包括以下步骤：提供明胶的酸性水溶液；在所述明胶的酸性水溶液中添加偶联剂进行第一交联反应，得到明胶/偶联剂溶液，其中，所述偶联剂为含有氨基和/或环氧键的硅烷偶联剂；将所述明胶/偶联剂溶液静置于1-4℃条件下得到明胶/二氧化硅杂化水凝胶；将所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶浸泡于特定盐溶液中，使所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶中的明胶自发交联，浸泡处理1-2天后，在室温条件下干燥2-3天，得到明胶/二氧化硅增韧水凝胶，其中，所述特定盐溶液为硫酸根、磷酸一氢根、二硫代硫酸根阴离子与铵离子、钠离子形成的盐溶液。以及，一种医用水凝胶，所述医用水凝胶采用明胶、偶联剂以及特定盐溶液，按照本专利技术所述方法医用水凝胶的制备方法制成，其中，所述偶联剂为含有氨基和/或环氧键的硅烷偶联剂，所述明胶与所述偶联剂的氨基端或环氧键端形成共价交联，所述偶联剂的另一端自发交联形成二氧化硅网络；所述明胶之间相互交联缠绕；所述特定盐溶液为硫酸根、磷酸一氢根、二硫代硫酸根阴离子与铵离子、钠离子形成的盐溶液。本专利技术提供的医用水凝胶的制备方法，所述明胶与所述偶联剂的氨基端或环氧键端形成共价交联，所述偶联剂的另一端自发交联形成二氧化硅网络，从而形成明胶/二氧化硅水凝胶。进一步的，将所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶浸泡在特定盐溶液中，采用所述特定盐溶液中特定的阴阳离子对明胶/二氧化硅水凝胶中的明胶的盐析作用，促使所述明胶分子链缠结，增强所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶中明胶的交联作用，大幅提高水凝胶的力学性能，促使所述明胶/二氧化硅水凝胶变得极为强韧。通过本专利技术方法制备得到的所述高强韧医用水凝胶具有优异并可调控的力学性能、降解性能以及生物相容性，具有很好的临床应用前景。此外，本专利技术方法操作简单，流程易控，具有很好的产业化前景。本专利技术提供的医用水凝胶，采用上述方法制备获得。所述明胶和所述偶联剂中含氨基或环氧键一端形成共价交联，所述偶联剂的另一端酸水解后自发交联形成二氧化硅网络。在此基础上，特别的，采用所述特定盐溶液中特定的阴阳离子对明胶/二氧化硅水凝胶中的明胶的盐析作用，促使所述明胶分子链缠结，增强所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶中明胶的交联作用，能够极大增强其强韧性，赋予所述医用水凝胶优异并可调控的力学性能、降解性能以及生物相容性，为组织工程化软骨治疗关节软骨缺损开辟了新途径，拓展了蛋白质类水凝胶的使用范围和实用性，具有很强的创新性和临床意义。附图说明图1是本专利技术实施例提供的医用水凝胶的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。本专利技术实施例提供了一种医用水凝胶的制备方法，包括以下步骤：S01.提供明胶的酸性水溶液；S02.在所述明胶的酸性水溶液中添加偶联剂进行第一交联反应，得到明胶/偶联剂溶液，其中，所述偶联剂为含有氨基和/或环氧键的硅烷偶联剂；S03.将所述明胶/偶联剂溶液静置于1-4℃条件下得到明胶/二氧化硅杂化水凝胶；S04.将所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶浸泡于特定盐溶液中，使所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶中的明胶自发交联，浸泡处理1-2天后，在室温条件下干燥2-3天，得到明胶/二氧化硅增韧水凝胶，其中，所述特定盐溶液为硫酸根、磷酸一氢根、二硫代硫酸根阴离子与铵离子、钠离子形成的盐溶液。本专利技术实施例提供的医用水凝胶的制备方法，所述明胶与所述偶联剂的氨基端或环氧键端形成共价交联，所述偶联剂的另一端自发交联形成二氧化硅网络，从而形成明胶/二氧化硅水凝胶。进一步的，将所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶浸泡在特定盐溶液中，采用所述特定盐溶液中特定的阴阳离子对明胶/二氧化硅水凝胶中的明胶的盐析作用，促使所述明胶分子链缠结，增强所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶中明胶的交联作用，大幅提高水凝胶的力学性能，促使所述明胶/二氧化硅水凝胶变得极为强韧。通过本专利技术实施例方法制备得到的所述高强韧医用水凝胶具有优异并可调控的力学性能、降解性能以及生物相容性，具有很好的临床应用前景。此外，本专利技术实施例方法操作简单，流程易控，具有很好的产业化前景。具体的，上述步骤S01中，将所述明胶溶于酸性水溶液中形成明胶的酸性水溶液，有利本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种医用水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n提供明胶的酸性水溶液；/n在所述明胶的酸性水溶液中添加偶联剂进行第一交联反应，得到明胶/偶联剂溶液，其中，所述偶联剂为含有氨基和/或环氧键的硅烷偶联剂；/n将所述明胶/偶联剂溶液静置于1-4℃条件下得到明胶/二氧化硅杂化水凝胶；/n将所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶浸泡于特定盐溶液中，使所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶中的明胶自发交联，浸泡处理1-2天后，在室温条件下干燥2-3天，得到明胶/二氧化硅增韧水凝胶，其中，所述特定盐溶液为硫酸根、磷酸一氢根、二硫代硫酸根阴离子与铵离子、钠离子形成的盐溶液。/n

【技术特征摘要】
1.一种医用水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供明胶的酸性水溶液；
在所述明胶的酸性水溶液中添加偶联剂进行第一交联反应，得到明胶/偶联剂溶液，其中，所述偶联剂为含有氨基和/或环氧键的硅烷偶联剂；
将所述明胶/偶联剂溶液静置于1-4℃条件下得到明胶/二氧化硅杂化水凝胶；
将所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶浸泡于特定盐溶液中，使所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶中的明胶自发交联，浸泡处理1-2天后，在室温条件下干燥2-3天，得到明胶/二氧化硅增韧水凝胶，其中，所述特定盐溶液为硫酸根、磷酸一氢根、二硫代硫酸根阴离子与铵离子、钠离子形成的盐溶液。


2.如权利要求1所述的医用水凝胶，其特征在于，所述特定盐溶液选自硫酸铵溶液、磷酸一氢钠溶液、二硫代硫酸铵溶液、二硫代硫酸钠溶液中的一种。


3.如权利要求1所述的医用水凝胶，其特征在于，在将所述明胶/二氧化硅杂化水凝胶浸泡于所述特定盐溶液之前，还包括在所述明胶/偶联剂溶液中加入酸水解的硅烷化合物作为额外无机源，进行第二交联反应；和/或
所述第一交联反应的方法为：在38-55℃条件下，搅拌反应4-14小时。


4.如权利要求1-3任一项所述的医用水凝胶的制备方法，其特征在于，以所述特定盐溶液的总质量为100％计，特定盐的质量百分含量为5-50％。


5.一种医用水凝胶，其特征在于，所述医用水凝胶采用明胶、偶联剂以及特定盐溶液，按照权利要求求1-4任一项所述方法制成，其中，所述偶联剂为含有氨基和/或环氧键的硅烷偶联剂，所述明胶与所述偶联剂的氨基端或...

【专利技术属性】
技术研发人员：王大明，劳长石，陈张伟，刘长勇，傅岳龙，程星，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44